一种具有宽频减振特性的伞状弹性超材料结构

1.本发明属于减振技术领域，具体涉及一种具有宽频减振特性的伞状弹性超材料结构。


背景技术：

2.建设施工引起的振动会干扰相邻地区的精密仪器及高精度设备正常使用，影响正常的科研及工业工作的展开。目前，对由于建设施工等产生的振动的级别以及噪声的评级和研究不够全面，频域范围较大的振动对精密仪器与设备的影响研究则更少，也没有高效率的减少低频微振动的减振装置。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有宽频减振特性的伞状弹性超材料结构，具有优异的振动带隙特性。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种具有宽频减振特性的伞状弹性超材料结构，包括伞帽、弹性圆环状结构和伞柱；所述伞帽和伞柱之间由弹性圆环状结构连接，所述伞帽和伞柱之间形成空腔。
6.进一步的，所述伞帽、弹性圆环状结构和伞柱的制作材料均不相同。
7.进一步的，所述伞帽采用环氧树脂材料；所述弹性圆环状结构采用橡胶材料；所述伞柱采用钢材料。
8.进一步的，所述伞帽的形状为：顶端部分被削掉的第一半球壳体，所述第一半球壳体顶端部分被削掉的高度小于第一半球壳体的内径与外径之差；所述第一半球壳体被削掉顶端部分后形成的平面与所述第一半球壳体的半球面平行。
9.进一步的，所述弹性圆环状结构的形状为：顶端部分被削掉的第二半球壳体，所述第二半球壳体的顶端部分被削掉后形成圆环，所述第二半球壳体被削掉的顶端部分的底面平行于所述第二半球壳体的半球面。
10.进一步的，所述伞柱包括实心半球体和圆柱体，所述实心半球体的半球面连接在所述圆柱体的顶部，所述圆柱体的顶面与所述实心半球体的半球面面积相同。
11.进一步的，所述第一半球壳体的内半球壳直径与所述第二半球壳体的外半球壳直径相匹配；所述第二半球壳体的内半球壳直径与所述实心半球体的直径相匹配；所述弹性圆环状结构的内环连接在所述实心半球体上，所述伞帽的内壁与所述弹性圆环状结构的外环连接。
12.进一步的，所述第一半球壳体的内半球壳直径为16mm，外半球壳直径为20mm，顶面距离半球壳底面距离为9mm；所述弹性圆环状结构的内环直径为14mm，外环直径为16mm，高度为2mm；所述实心半球体的直径为14mm。
13.进一步的，所述弹性圆环状结构的高度小于伞帽的高度以及实心半球体的高度。
14.进一步的，所述伞状弹性超材料结构沿所述伞柱的轴线轴对称。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、本发明实施例提供的伞状弹性超材料结构，具有优异的振动带隙特性，形成的一定程度的空腔相比于其它实心的声子晶体结构，能够有效减少低频微振动对精密仪器、设备的影响。
17.2、本发明实施例提供的伞状弹性超材料结构采用了不同的材料，本发明实施例提供的伞状弹性超材料结构具有良好的加工制造优势，大幅降低了制造成本。
18.3、本发明实施例提供的伞状弹性超材料结构比传统隔振结构在相同尺寸上质量更轻，对弹性波具有可调节的带隙范围。
附图说明
19.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1为本发明实施例伞状弹性超材料结构的结构示意图。
21.图2为本发明实施例伞状弹性超材料结构的结构连接示意图。
22.图3为本发明实施例伞状弹性超材料结构的晶胞阵列图。
23.图4是本发明实施例伞状弹性超材料结构的频率函数曲线图。
24.图5是本发明实施例伞状弹性超材料结构的频响函数曲线图。
25.其中：1伞帽；2弹性圆环状结构；3伞柱；31实心半球体；32圆柱体；4空腔。
具体实施方式
26.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
28.如图1和2所示，本发明实施例提供了一种具有宽频减振特性的伞状弹性超材料结构，包括伞帽1、弹性圆环状结构2和伞柱3；弹性圆环状结构2的高度小于伞帽1的高度以及实心半球体31的高度。伞帽1和伞柱3之间由弹性圆环状结构2连接，伞帽1和伞柱3之间形成空腔4，有效的起到了控制宽频振动的作用。伞帽1、弹性圆环状结构2和伞柱3的制作材料均不相同；伞帽1采用环氧树脂材料；弹性圆环状结构2采用橡胶材料；伞柱3采用钢材料。
29.伞帽1的形状为：顶端部分被削掉的第一半球壳体，第一半球壳体顶端部分被削掉的高度小于第一半球壳体的内径与外径之差；第一半球壳体被削掉顶端部分后形成的平面与第一半球壳体的半球面平行。
30.弹性圆环状结构2的形状为：顶端部分被削掉的第二半球壳体，第二半球壳体的顶端部分被削掉后形成圆环，第二半球壳体被削掉的顶端部分的底面平行于第二半球壳体的半球面。
31.伞柱3包括实心半球体31和圆柱体32，实心半球体31的半球面连接在圆柱体32的顶部，圆柱体32的顶面与实心半球体31的半球面面积相同。
32.第一半球壳体的内半球壳直径与第二半球壳体的外半球壳直径相匹配；第二半球壳体的内半球壳直径与实心半球体31的直径相匹配；弹性圆环状结构2的内环连接在实心半球体31上，伞帽1的内壁与弹性圆环状结构2的外环连接。
33.本发明的优选实施例中，伞状弹性超材料结构沿伞柱3的轴线轴对称。
34.本发明的优选实施例中，第一半球壳体的内半球壳直径为16mm，外半球壳直径为20mm，第一半球壳体的厚度为2mm，被削去的顶面距离半球壳底面距离为9mm，第一半球壳体顶端部分被削掉的高度为1mm。第二半球壳体被削去部分的高度为距离其顶端6mm，第二半球壳体的厚度为1mm。弹性圆环状结构2的内环直径为14mm，外环直径为16mm，高度为2mm。实心半球体31的直径为14mm，圆柱体32直径为14mm、高为11mm。
35.如图3所示，晶胞结构的排列方式为一维排列，本实施例中采用了8个晶胞一维排列的结构。本发明实施例中使用环氧树脂作为伞帽1的材料，具体材料参数为：密度ρ＝1180kg/m3、剪切模量e＝4.35
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109pa、泊松比μ＝0.368；本发明使用硅橡胶作为弹性圆环状结构2的材料，具体材料参数为：密度ρ＝1300kg/m3、剪切模量e＝1.175
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105pa、泊松比μ＝0.469；本发明使用钢作为伞柱3的材料，具体材料参数为密度ρ＝7780kg/m3、剪切模量e＝2.106
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1010pa、泊松比μ＝0.3；图4、5中可以看出结构在0
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3000hz区间内存在带隙，其中带隙为280
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500hz和510
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2800hz。可见，采用本发明新型伞状弹性超材料结构，可以产生宽频范围的带隙，对不同频域的振动进行有效的控制。
36.因此本发明伞状弹性超材料板类结构可以应用于精密机械仪器以及设备的减震隔振，可以保护精密仪器以及设备在各种频域振动时，正常使用。
37.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。